金属光谱发射率的仿真与分析

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1、第31卷2010正第11期11月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTR()NAUTICASINICAV01．31No．11NOV．2010文章编号：1000—6893(2010)11—2139—07金属光谱发射率的仿真与分析柯维娜，朱定强，蔡国飙(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)SimulationandAnalysisofSpectralEmissivityofMetalsKeWeina，ZhuDingqiang，CaiGuobiao(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronau

2、tics，Beijing100191，China)摘要：在研究物体的辐射特性时，需要用到物体表面的发射率等物性参数作为输入参数。实验测量发射率数据的适用范围受到一定限制，不能满足所有情况的数值仿真需要。从电磁波传播的基础理论着手，结合金属自由电子气模型。考虑光学参数的色散关系和空气入射到金属内折射角的复数关系，并在随机模拟金属粗糙表面的基础上，模拟并讨论了不同影响因素下实际金属表面的光谱发射率变化趋势。将本文的数值仿真与其他相关的实验和仿真数据进行对比，结果表明，该方法从本质理解并计算金属实际表面光谱发射率数值，结果可信，并具有普遍适应性。关键词：金属材料；发射率；光学参数；粗糙表面；

3、数值模拟中图分类号：TP391．9文献标识码：AAbstract：Thestudyoftheradiationcharacteristicsofanobjectrequiresseveralphysicalpropertyparametersoftheobject，includingitsemissivity．Testdataareusuallylimitedbytestcircumstancesandcannotmeetthere-quirementsforemissivitynumericsimulation．Thisarticlecreatesanacademiccomputat

4、ionalmethod．First，itexploresthetheoryofelectromagneticwavestransmittinginmetalscombinedwithafree-electronmodelofmetals．Thenitdiscussesthedispersiverelationofopticalconstantsandthecomplexrefractivityinthelightin—cidencingfromairtOmetal，andperformsarandomsimulationofaroughmetalsurface．Furthermore，

5、itdis—Cussesthevariousfactorswhichaffecttheregularlawofmetalspectralemissivity．Comparedwithsimilartestsandnumericdata，thismethodforcomputationofanykindofmetalemissivityiscredibleandwidelyapplica—ble．Keywords：metalmaterial；emissivity；opticparameter；roughsurface；numericsimulation空间目标探测技术随着窄间研究活动的深

6、入而受到越来越多的重视，利用物体的红外辐射特性探测目标是一种非常有效的方法。侦查与隐身的对抗逐渐成为影响现代军事战争发展的重要因素，基于红外波段的目标识别和隐身技术都需要精确研究目标的辐射特性。影响目标红外辐射特性的一个重要参数即材料的红外发射率。材料的发射率除与观测波长、观测方向及立体角相关外，还受到材料种类、温度、样品形貌特征、化学特征、物理学结构特征以及样品厚度等材料性质因素的影响¨]。在材料发射率测量实验中，只能得到特定实验条件下的物体的发射率，很难真实反映众多目标实际状态下的发射率，从而影响辐射特性的精确定量研究。国内开展的发射率数值模拟相对较少，在已开展的研究中，没有考收稿

7、日期：20lO-Ol一05；修订日期：2010—04—29通讯作者：蔡国飙E—mail：cgb@buaa．edu．ell虑目标表面的真实物面信息[2]，或者仅研究一维粗糙表面的发射率[3]，同时需要测量反射率作为初始输人数据¨]，仍具有一定的物理和应用局限性。真实物体的表面具有一定的粗糙度，在航空航天领域，大部分金属制品均由机械加工完成。D．J．Whitehouse等曲1在1970年的实验结果表明，许多T程表面的高度分布都满足高斯分布，其表面轮